基于MR阻尼器的高速动车组悬挂系统半主动控制仿真

用联合仿真方法分析了基于磁流变(Magnetorheological,MR)阻尼器的两种半主动控制策略对8车编组高速动车组动力学性能的影响。建立了考虑非线性悬挂系统和MR阻尼器的8车编组高速动车组模型,并利用试验数据进行了验证。在进行MR阻尼器性能试验的基础上,利用多项式模型进行曲线拟合,得到了MR阻尼器的9阶多项式模型。通过ADAMS和Matlab联合仿真的方法,设计了开关控制器和改进型开关控制器,对基于MR阻尼器的高速动车组二系悬挂系统横向半主动减振器进行仿真分析。仿真结果表明:对比被动控制,开关控制和改进型开关控制作用下的车体横向加速度均方根值最大分别降低14.85%和22.58%,车辆横向运行平稳性指标最大分别降低4.23%和7.95%。由此可见,改进型开关控制的减振效果更佳。     

高速列车半主动悬挂可变刚度和阻尼减振器适应性研究

针对中国高速列车运行速度高、运营里程长、轮轨磨耗加剧,被动悬挂式抗蛇行减振器适应性较差,导致转向架抗蛇行稳定性能不足的情况,开展半主动悬挂抗蛇行减振器研究。首先,基于高速列车悬挂系统非线性和轮轨接触非线性特征,建立了高速列车模型、磁流变阻尼器模型、可变刚度和阻尼抗蛇行减振器模型;然后分析了抗蛇行刚度和阻尼参数对新轮轨和磨耗轮轨的车辆动力学性能的影响,并针对磨耗轮轨接触提出了半主动悬挂控制策略;最后,对比分析了被动悬挂和半主动悬挂车辆运行性能的差异。结果表明:通过采用半主动悬挂调整抗蛇行减振器的刚度和阻尼参数可大幅改善磨耗轮轨接触的车辆运行性能,保证构架不发生蛇行失稳,与采用被动悬挂抗蛇行减振器的车辆相比,车体横向加速度和构架横向加速度分别降低22.4%和16.0%。     

电流变智能半主动悬架的模糊滑模控制

对带有电流变液智能阻尼器的半主动汽车悬架系统设计一种输出反馈模糊滑模控制器。根据滑模运动方程稳定的Hurwitz判据选择滑模面矩阵,以滑模变量及其导数作为模糊控制器的输入,以控制力作为输出设计模糊滑模控制器,利用电流变液智能阻尼器的阻尼力可随电压连续变化的特性来降低隔振质量的振动。仿真分析了多种激励信号下隔振质量的响应。仿真结果表明：与无控制作用的最优被动阻尼和电流变液阻尼器最大阻尼相比,模糊滑模控制下的半主动悬架系统的隔振效果最好。     

高速列车悬挂系统连续混合控制策略的设计与仿真分析

在传统开关型半主动控制方法的基础上,提出了一种线性连续型天棚-加速度阻尼(skyhook-acceleration driven damping,SH-ADD)控制算法,用于提高半主动悬架在中高频区域内的控制效果。以国内某型高速动车组列车为原型,建立了两自由度1/4车横向动力学模型,用于设计改进的线性连续型SH-ADD半主动控制策略。以乘坐舒适性为控制目标,分别采用单频谐波激励和宽频轨道不平顺激励进行仿真,对不同控制策略作用下的系统振动特性进行对比分析。采用整车模型对控制算法进行了舒适度验证。研究结果表明:相比改进前的控制策略,新型半主动控制策略在高频范围内的振动控制效果更好。     

高速列车可变阻尼抗蛇行减振器适应性研究

针对高速列车运行里程长、运行速度不断提高,线路状况复杂,导致车辆运行性能恶化的情况,开展可变阻尼抗蛇行减振器适应性研究。采用动力学软件SIMPACK建立车辆系统动力学模型,模拟车辆不同运行工况,进行动力学仿真计算,获得车辆在速度变化、线路恶化和不同曲线运行的相关车辆动力学性能指标,分析抗蛇行减振器阻尼参数变化对车辆运行平稳性和安全性的影响。结果表明:通过调整抗蛇行减振器阻尼值,可使高速列车更好地适用于不同运行工况;高速列车采用可变阻尼式抗蛇行减振器,可以更好地保证车辆运行安全性。     

高速列车横向半主动悬挂开闭环优化控制研究

针对高速列车变速行驶时,轨道空域平稳随机不平顺信号会被拉压为时域不平稳信号,而传统半主动控制方法阻尼器响应快速性不能满足要求问题,提出开闭环优化控制算法,结合在MATLAB/SIMULINK中建立的高速列车17自由度横向振动模型仿真分析,分别从时、频域分析开闭环优化控制对车辆运行平稳性影响。结果表明,开闭环优化控制可提高列车运行横向平稳性,车体横向振动加速度在人体敏感0.1~2 Hz频率范围内也有一定改善。     

半主动控制与时滞对高速铁道车辆平稳性、稳定性及安全性的影响

分析了半主动控制及时滞对高速铁道车辆运行平稳性、运动稳定性和安全性能的影响。首先利用多体动力学技术建立了62个自由度的高速铁道车辆非线性模型,并在此基础上设计了基于Bouc-Wen立方修正模型的磁流变阻尼器和半主动控制器,最后利用ADAMS+MATLAB联合仿真的方法分析了半主动控制与时滞对铁道车辆动力学性能的影响。结果表明,半主动控制可以有效提高车辆运行平稳性和安全性能,但会在一定程度上降低车辆的运动稳定性。随着时滞量的增加,半主动控制作用下的动力学性能并非逐渐恶化,而是呈波浪形变化,且在100~200 ms和400~500 ms时滞范围内最差。半主动开关控制及其改进型在有无时滞考虑时控制效果不同,这就更加证明了进行时滞分析的必要性     

On-off控制对高速动车组综合动力学性能的影响分析

利用ADAMS-Matlab联合仿真的方法研究了on-off半主动控制对高速动车组的横向平稳性、运动稳定性和安全性的影响。根据国内某型号高速动车组的参数,利用多体动力学软件ADAMS/Rail建立了满载工况下的单车动车组模型。随后,运用ADAMS-Matlab联合仿真的方法对被动控制和on-off半主动控制条件下的动车组模型进行了仿真分析,仿真考虑了不同运行速度和不同线路条件等工况。最后,分别计算了两种控制条件下高速动车组模型的横向平稳性、运动稳定性和安全性能。从分析结果可知：与被动控制相比,on-off控制下车辆的横向平稳性指标可大幅提升35.5%,但非线性临界速度降低了16.6%,高速运行工况下的安全性指标也严重下降。因此,on-off控制策略在高速动车组上应用时存在严重缺陷,需要对其进行改良方可应用。     

基于半车解耦的半主动悬架模糊滑模控制

为提高车辆的舒适度,提出基于半车解耦模型的半主动座椅悬架的模糊滑模控制。建立并分析半车悬架系统的动力学模型,通过将其等效变换为两组标准的动力学方程,实现把半车悬架系统解耦成四分之一车悬架系统。基于解耦后的四分之一车悬架系统对含四分之一车的座椅悬架设计模糊滑模控制策略:把天棚阻尼系统作为参考模型,将实际被控系统和参考模型间的动态误差引入到滑动模态中,通过切换函数及其导数的模糊化处理,来抑制滑动模态中抖振现象。并通过比较磁流变阻尼器输出力和模糊滑模控制器(Fuzzy Sliding Mode Controller)解出的期望力的差值,来确定提供给磁流变阻尼器的电压。最后通过与PID、滑模(Sliding Mode Controller)和被动悬架仿真结果的对比,验证该方法对半车座椅悬架系统减振效果具有明显的改善作用。提出的控制方法对于半主动悬架的实际控制具有参考价值。     

列车垂向振动的半主动简谐隔振研究

依据拉格郎日方程,建立六自由度列车半主动隔振系统的垂向振动模型;应用MATLAB/SIMULINK仿真模块构造列车半主动隔振系统仿真模型,对列车进行时域分析。在轨道具有简谐输入的情况下对列车的隔振性能（如隔振位移、隔振传递率等）进行了计算分析,讨论了弹簧刚度、阻尼、车速、激励的波长等对隔振性能的影响。通过研究可得列车系统采用半主动开关阻尼器,确实能够改善系统的隔振性能。     

高速列车系统动力学空气弹簧建模方法研究

高速列车空气弹簧动力学模型主要分为三类:定刚度与定阻尼并联的线性模型、基于流体力学与气动力学原理的非线性模型以及考虑整体气动悬挂系统的完全模型。通过准静态动力学特性分析和高速动车组动力学模拟计算得出,非线性模型与完全模型具有相似的回滞曲线,线性模型具有较高的阻尼特性,但是在三种空气弹簧模型下计算出的车辆运行安全性指标具有较一致的结果。研究结果表明,在高速动车组动力学计算中,对于运行安全性指标,用空气弹簧线性模型即可满足工程要求;而对于平稳性指标,需要用非线性模型或完全模型进行建模,才能与实际更加接近;由于完全模型所需要确定的物理量较多,故在实际应用中建议采用非线性模型。     

高速光驱粘弹性阻尼减振框架结构的动力学方程及有限元数值解

对安装有粘弹性阻尼器的高速光驱框架结构进行了理论建模，粘弹性阻尼器采用分数Kelvin固体模型，建立了高速光驱粘弹性阻尼减振框架结构的分数阶动力学有限元方程，并利用Newmark数值积分法得到了数值解     

大跨度拱桥磁流变阻尼器减震控制

对拱桥这种大型结构在地震激励作用下实施减震控制是提高结构安全性的重要途径。为实现磁流变阻尼器在拱桥振动控制中的应用，提出在拱桥上设置磁流变阻尼器的减震控制方案。以改进的现象模型作为磁流变阻尼器的计算模型，采用LQG控制器一基于Sign函数的半主动控制算法，建立拱桥结构一磁流变阻尼器控制系统。最后，建立一平面拱桥模型，对该拱桥采用磁流变阻尼器进行减震控制分析。仿真分析结果表明通过合理地设计控制策略，拱桥磁流变阻尼嚣半主动控制可使拱桥地震反应取得良好的减震效果，而且半主动控制效果明显优于被动控制。     

毗邻结构变刚度变阻尼半主动控制

应用李亚普诺夫理论设计了变刚度变阻尼的半主动控制律；建立了带可控阻尼器的毗邻结构半主动控制的理论算法；基于本文理论与方法对毗邻结构半主动控制进行了控制模拟分析，计算机仿真结果表明：这种半主动控制体系对毗邻结构的各子结构具有较好的减震效果。     

气动载荷作用下高速列车横向振动虚拟惯性阻尼半主动控制研究

高速列车在会车气动载荷作用下,车体横向振动加剧,传统的基于天棚阻尼原理的半主动控制对此横向振动控制效果并不理想。针对这一问题,利用系统动力学仿真分析软件UM,建立CRH某型高速列车三维模型,分析气动载荷作用下车体横向振动的特征;提出了用工程中的可控阻尼实现阻尼力与加速度成正比而方向相反的虚拟惯性阻尼控制算法,在轨道不平顺及气动载荷激励下对车体横向振动进行半主动控制。结果表明:虚拟惯性阻尼控制方法不仅能抑制轨道不平顺引起的横向振动,还能很好地衰减气动载荷带来的横向振动,提高列车横向平稳性;能对人体头部和内脏较敏感频率范围的横向振动也有较好抑制,提高旅客舒适性。     

磁控摩擦阻尼器对信号塔的地震反应控制

针对常摩擦阻尼器摩擦力恒定的问题,设计一种新型筒式磁控变摩擦阻尼器,并建立磁控变摩擦阻尼器的力学模型。以机场信号塔结构为工程背景,将信号塔的三维空间有限元模型简化为二维串联多自由度模型;采用LQG主动控制算法和界限Hrovat半主动控制策略对磁控变摩擦阻尼器实施控制;讨论常摩擦阻尼器被动控制和磁控摩擦阻尼器半主动控制对地震作用下信号塔结构振动响应的控制效果。计算结果显示,磁控摩擦阻尼器的半主动控制取得明显优于常摩擦阻尼器被动控制的减振效果,在实际工程中有着良好的应用前景。     

高速动车组悬挂系统横向半主动控制仿真分析

摘要：提出一种基于加速度阻尼原理的改进型半主动控制,可以克服天棚阻尼半主动控制在高频范围内抑制振动效果差的缺点。突破了以往研究半主动控制只针对单车车辆的限制,利用ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)建立了2动2拖104个自由度动车组模型,并结合Matlab/Simulink对提出的半主动控制方法进行设计和联合仿真。根据联合仿真的结果,从时域和频域两个角度对比两种半主动控制方法对车辆运行平稳性和安全性的影响,并分析控制中时滞对系统性能的影响。结果发现,改进型半主动控制在提高车辆运行平稳性和抗时滞方面效果更佳。     

不同频率轨道激励下列车横向半主动控制研究

轨道不平顺激扰是影响高速列车横向振动最常见和最主要的因素,而目前对不同频率轨道激励下车辆横向振动以及其半主动悬挂控制算法实现的研究甚少。基于此,建立高速列车17自由度车辆横向振动仿真模型,运用经验模态分解基于频域采样的三角级数法模拟的轨道谱信号,并重构得到不同频率的轨道激励,对不同频率轨道激励下车辆横向振动和横向半主动悬挂天棚阻尼控制算法进行研究。研究结果表明,影响车辆横向振动的轨道谱信号主要集中在0～10 Hz;在270 km/h的运行速度下,当天棚阻尼控制算法的比例系数k取7.5～8.5时,车辆横向平稳性得到较大改善,可为轨道谱优化与改进以及天棚阻尼控制算法实现提供理论指导。     

模型结构的磁流变阻尼减振控制试验研究

在磁流变阻尼器力学性能试验基础上,利用MTS793系列软件平台,对安装有两种不同型号磁流变阻尼器的五层钢框架模型结构进行了地震模拟振动台减振控制试验,控制策略包括两种被动控制和基于有限传感器的H∞静态输出反馈控制方法的半主动控制。试验结果表明:两种磁流变阻尼系统的被动控制与半主动控制均可以有效减小地震作用下模型结构的位移反应和绝对加速度反应;当磁流变阻尼控制Passive-off提供的阻尼力过大时,Passive-on只起着刚性支撑的作用;当磁流变阻尼控制Passive-off提供的阻尼力较小时,Passive-on的控制效果要好于Passive-off;半主动控制与被动控制相比,优势并不明显。指出了磁流变阻尼器与模型相匹配的重要性,在工程应用中应引起高度重视。     

智能TMD对高层建筑风振响应的抑制

将传统的TMD与磁流变阻尼器相结合，设计了用于高层建筑抗风的新型智能TMD。采用修正的Bingham模型来描述磁流变阻尼器的力学性能。根据滑模控制(SMC)算法，研究了如何用智能TMD半主动控制系统对高层建筑的风响应进行抑制以及当控制系统的输出反馈状态受限时的控制方法。本文算例表明，当半主动控制策略一样时，最优控制和滑模控制两种控制算法的控制效果相差不大；当结构参数出现不确定和反馈状态受限时，本文提出的智能TMD控制系统的风控效果仍然良好。